面向WSN安全的节能路由算法研究

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随着WSN在各个领域的飞速发展与广泛应用,当前大多数网络协议已不能满足很多领域对节点低能耗及网络安全性的要求。因此如何提高传感器节点能效和网络安全性,成为当前亟待需要解决的问题。而作为WSN中对于节点能效影响最大的分簇路由协议的研究,已经成为当前研究的热点。  本文以经典的分簇节能路由协议理论为基础,通过研究现有的WSN分簇路由协议,并针对现有协议存在的不足,以及特定领域如医疗、军事、环境监测、灾难监测等对传感器网络更低能耗、高安全性的要求,提出了一种面向WSN安全节能的S-LEACH(安全节能分簇路由协议)协议。本文的主要内容包括:  (1)针对当前WSN高能效的需求,改进了LEACH(低能耗自适应分簇路由协议)簇头选举算法和簇头与base(基站)节点之间通信算法,最大限度地减少节点能耗,保证网络安全运行。协议借鉴LEACH协议轮的概念,首先奇数轮时,由base节点先收集网络中的各节点能量信息计算平均值得到本轮的能量阈值,降低簇头选举的随机性;然后偶数轮时,采用和LEACH协议同样的簇头选取机制,避免出现base附近节点过快衰亡情况。最后,当簇头与base节点距离大于通信距离时,采用簇头间多跳转发方式通信。  (2)针对WSN在特殊的环境中数据安全性的要求,改进了LEACH协议簇头的选取算法。引入节点信誉度阈值控制检测机制,即在簇头选取和成员节点入簇时,根据信任模型,base节点对网络所有成员节点的从数据安全性、通信带宽安全性和节点剩余能量三个角度进行信任度评测,而得到各个节点信誉度值集合。根据特定环境的信誉度阈值要求选取簇头;然后借鉴萤火虫算法的生物聚集性机制,成员节点与簇头相互验证去成簇。  (3)本文对提出的S-LEACH进行了实验分析与比对,结果表明该协议不但有效降低了簇头选举随机性和簇头与base节点之间直接通信带来的额外能耗,而且在网络引入非信任节点情况下,通过节点信誉度阈值评测机制,实现对网络中该类节点的有效检测。  因此,S-LEACH协议更能适应当前很多领域对WSN安全性及能效的要求,具有一定的理论和实用价值。
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